引言

近几十年来，由于人类活动及自然因素等综合影响，大范围气候异常现象不断出现，尤其是极端高温事件频繁发生，给社会、经济和人民生活造成了严重的影响和损失^[1]。为此，近年来许多国内外学者对极端高温事件越来越重视，并取得了许多研究成果。Gruza^[2]发现俄罗斯的极端高温日数在过去几十年里显著增加。Alexander等^[3]研究各类极端温度指数后得出，近50年来全球温度极端事件变化主要表现为增暖，尤其是日最低气温有关的极端温度指数增加得非常显著。丁一汇等^[4]研究指出，中国近100年平均地表气温明显增加，近50年来极端天气气候事件频率和强度也出现了明显的变化。另外，其他一些研究也都进一步证实了在全球范围内暖夜日数显著增加，霜冻日数显著减少，年内温度极差显著减少等^[5]。

2003年夏季高温热浪影响着欧洲许多国家，尤其是在7—8月间打破了高温的纪录^[6]。世界气象组织(WMO)根据各国提供的观测数据得出，2003年出现在法国、德国、瑞典、西班牙、意大利北部以及英国的最高气温绝对值超过了20世纪40年代以来的纪录^[7]。据世界卫生组织(WHO)估计此次高温热浪事件在欧洲至少造成了1500人的死亡^[8]。为此，国外许多学者对此次高温热浪展开了大量研究。如Black等^[9]从福射强迫角度解释了欧洲2003年夏季高温事件的原因。Fink等^[10]从天气学角度指出，反气旋天气形势控制欧洲中部，尤其是在2003年春季和夏季，是2003年夏季高温干旱的主要原因。Beniston等^[11]通过对欧洲区域气候模拟指出，在21世纪后半叶将会出现越来越多的类似2003年夏季这样的高温天气。

2003年夏季，我国南方地区也遭受大范围热浪袭击，特别是江南、华南出现持续高温天气，历时1个多月，局地近2个月，其高温范围之广、持续时间之长、温度之高为历史同期罕见。长江中下游至华南北部地区夏季极端最高气温达到38~40℃，浙江中南部、福建北部、江西中部等地达40~43℃，浙江、福建、江西大部以及江苏、安徽、广东、广西等地的局部地区极端最高气温超过了历史同期最高纪录^[12]。杨辉等^[13]发现西太平洋副高的极度偏强和西伸是造成此次高温热浪的直接原因，而副高的持续异常又是多系统综合作用的结果。初步分析表明，热带太平洋——印度洋海温、中西太平洋跨赤道气流异常、平流层过程以及全球增暖的背景条件是其重要机制。杨义文等^[14]也得出了类似的结论。但2003年夏季我国南方的高温热浪是在什么气候背景条件下产生的？是否与全球变暖有关？是长期变化趋势的结果，还是一个偶然的极端气候事件？这是非常值得研究的问题。针对上述问题，本文分析了我国南方地区高温热浪的长期变化，并深入讨论了2003年的高温事件是否与长期趋势有关的问题，还研究了2003年高温热浪发生时北半球大气环流的异常特征。

1 资料与方法 1.1 资料

本文使用的日最高、日平均气温资料取自国家气象信息中心的全国743站自建站以来的逐日资料数据集，为了保证有足够长的序列用于研究，本文筛选出时间长度超过40年的630个站点，资料时间跨度为1961—2004年。

20世纪80年代后城市热岛效应的影响越来越引起专家的重视(赵宗慈，1991)^[15]。为了减少大城市的影响，尽可能反映气候的自然变化，本文参考了文献[16]的方法，剔除了50万人口以上大城市的观测资料，最后选出江南、华南地区121个站点。

大气环流资料来源于国家气候中心诊断预测室提供的NCEP逐日再分析资料。

1.2 分析方法

江南、华南地区平均最高气温、平均气温时间序列的计算是先将站点资料格点化，然后按面积加权平均的方法计算出每年的江南、华南地区平均最高、平均气温值，具体算法参考文献[16]。

另外，为了反映极端事件的长期变化趋势，本文还分析了近40年来最高气温的概率分布。在总共m个站点中，一定时间范围(x天)内出现某同一温度区间(T℃)的站点共有n个。则该时间和空间范围内T℃出现的概率P= n/(mx)。

趋势计算方法：用x_i表示样本量为n的某一个气候变量，用t_i表示x_i所对应的时间，建立x_i和t_i之间的一元线性回归方程：

其中a为回归常数，b为回归系数，即趋势。a和b可以用最小二乘法进行估计。

2 结果分析 2.1 2003年夏季高温状况

常年夏季，南方地区35℃以上高温日数一般为10~20天，仅江南中部和南部地区达到20~30天。图 1给出了2003年夏季(6-8月)全国高温日数及其距平分布。由图 1可以看出，2003年夏季江南南部到华南中部的广大地区出现了20~40天的高温日数，普遍比常年同期多5~20天，浙江、江西、福建部分地区较常年偏多20~30天。就极端最高温度来讲，不少地方都出现了超过历史最高纪录的温度值，如浙江丽水达到43.2℃(历史纪录为41.0℃)，浙江龙泉达到41.5℃(历史纪录为39.9℃, 福建浦城达到41.7℃(历史纪录为39.3℃)，江西修水达到42.1℃(历史纪录为40.7℃, 广东连县达到41.6℃(历史纪录为39.1℃)。

2.2 江南、华南最高、平均气温的变化

唐红玉等^[17]研究指出，1951—2002年期间年平均最高气温北方增暖明显，南方变化不明显或呈弱降温趋势，江南地区为主要降温区，年平均最高气温呈现下降趋势。为了深入研究我国江南、华南的平均最高温度变化情况，图 2a给出了1961—2004年我国江南、华南地区年平均最高温度距平的变化曲线。可以看出，在20世纪80年代中期以前，江南、华南地区年平均最高温度呈现出下降趋势，80年代中期以后年平均最高温度也明显趋于增高，尤其是1997年以后持续出现正距平且在2003年达到最高值。这与全国的变化趋势是一致的，但南方地区增暖幅度明显低于我国北方地区^{[18, 19]}。

图 2b为1961—2004年我国江南、华南地区年平均温度变化曲线。从图上可以看出，年平均温度变化同年平均最高气温变化规律基本一致，即在20世纪80年代中期以前，江南、华南地区年平均温度的变化趋势并不明显，80年代中期以后才明显趋于增高，而且1998年是年平均气温距平最高的一年。

魏凤英等^[20]研究指出，我国气候增暖始于20世纪80年代后期，90年代增暖加速，主要原因是长江流域以南经历了由冷向暖的趋势转变。通过对比分析1961—2004年我国江南、华南地区年平均最高温度和年平均温度的变化趋势，我们得出两者都呈逐渐增高趋势，尤其是在20世纪80年代中后期趋势更加明显。但年平均最高温度的增高趋势明显低于年平均温度的增高趋势。这说明江南、华南地区虽然正经历着气候变暖的影响，但主要原因并不是由于平均最高温度的增高引起的，由此我们可以看出，平均最低温度增高在气候变暖中起到很重要的作用。

2.3 江南、华南极端高温日数

极端高温事件的定义可以采用相对和绝对阈值的方法进行。在我国气象业务应用与服务中，通常把日最高温度在35℃以上的日数称为极端高温日数，超过这个温度人类的生产、生活和生态系统会产生不良影响。

图 3为1961—2004年江南、华南地区6-8月极端高温日数变化图。从年代际变化来看，江南、华南地区高温日数变化呈波浪式变化，20世纪60年代高温日数偏多，70年代中期偏少，自1980年后，高温日数明显增加，特别是在1998年出现平均接近25天极端高温日数之后，2003年高温日数平均高达27.5天，比正常情况下的15天异常偏多，呈现出明显的“一浪高于一浪”的势态。从1961—2004年长期气候变化趋势来看，江南、华南地区极端高温日数近50年趋势变化为0.17天/10年，表现出了微弱的增多趋势。

然而，进一步的研究表明，这种微弱的增多趋势很大程度受到了2003年出现的极端高值的影响。如果剔除2003年极端高温日数的资料，则整个序列反映出在近50年为弱的减少趋势，变化趋势为-0.23天/10年。通过对1961—2004年段和1961—2002年段高温日数线性倾向进行显著性检验，都没有通过95%的显著性检验。这也说明了在近50年中极端高温日数的变化并没有显著增多或减少趋势。因此，可以认为，2003年高温日数极端增多很可能只是年际变率的表现，不是长期趋势的必然反映。

2.4 最高温度概率分布变化

为了进一步研究在最近几十年江南、华南地区最高气温的概率有没有发生变化，2003年的分布情况又是如何?本文对6—8月期间日最高温度的概率分布进行了分析(如图 4)。由图可以看出，前20年(1961—1980年)和后20年(1981—2000年)的夏季最高气温概率分布变化有显著差异，后20年最高气温概率分布的峰值(在正态分布下相当于平均最高温度)较前20年升高1℃，同时在位置上也略有正的平移，但表现得并不明显，尤其是在小于30℃和大于35℃的最高气温日数出现的概率分布上两者几乎完全吻合。也就是说最近20年江南和华南地区夏季平均最高温度变化明显增大，但极端最高温度出现的概率没有显著变化。

2003年，江南、华南地区夏季最高温度概率分布的峰值也在33℃附近，但位置上却较前20年和后20年有明显的右移，尤其是在35℃以上的最高气温的概率显著增加。比较分析各条曲线，我们可以得出1961年以来江南、华南夏季极端最高气温事件并没有显著的变化趋势，只是在2003年出现了极端高温事件明显增加的一个年际变化的异常个例。由此我们可以得出2003年夏季江南、华南出现的极端高温事件并不是一个在气候变暖背景下的一种缓慢增加趋势所致，而是一个极端异常的一个个例事件。

2.5 2003年高温事件出现的可能原因分析

既然2003年江南、华南高温事件的突然增多不是长期变化趋势的反映，那么其可能原因是什么呢？

大气环流是形成和制约区域或局地气候的重要因子。在全球变暖的气候背景下，大气环流因响应而出现的变异与调整是导致区域气候变化的一个十分重要的原因。我国位于东亚地区，西风带环流和副热带高压等环流系统与我国的气候变化有十分密切的关系。唐国利、丁一汇^[21]等利用近40年的气候观测资料，分析了南京气温变化特征及其可能原因，指出大气环流系统的变异和调整是温度显著升高的主要原因。图 5给出了2003年夏季(6—8月)北半球50phPa位势高度场和1971—2000年副热带高压(5880gpm线区域)的平均场，由图看出，2003年夏季西太平洋副热带高压比常年平均异常强大，西伸也十分明显，在7月、8月北半球500hPa位势高度距平场(图略)还可以看出，在江南到台湾一带还有一个超过20gpm的正距平中心，副热带高压长期稳定控制是导致江南、华南2003年夏季出现极端高温天气的主要原因之一。我们对江南、华南地区1961—2004年夏季高温日数和历年夏季副高西伸点位置、副高强度(根据国家气候中心定义)求相关，得出相关系数分别是-0.30和0.30, 并均通过95%的显著性检验，由此我们可以看出，夏季江南、华南地区夏季高温日数与副高西伸脊点位置和强度的相关显著，副高位置偏西，强度偏强，该地区就极易产生高温。由图 5我们也可以看出，2003年夏季强大副高同样稳定控制了欧洲大陆，该地区可能出现了自1540年以来最热的夏季^[22]。深入分析同期的降水变化(图 6)，可以看出：1993—2002年10年期间，江南、华南夏季降水量明显持续偏多，但在2003年夏季达到了历史最低值。为了进一步说明高温日数和降水的关系，我们对1961—2004年夏季江南、华南地区高温日数和降水量相关系数进行计算，相关系数为-0.47, 通过了95%的显著性检验。这也说明了江南、华南地区高温日数与降水之间有显著的负相关性，即夏季降水多，则高温日数少。事实上，2003年浙江、福建、湖南、江西出现了1971年以来最严重的伏旱，其中，浙江东部和南部的旱情已超过1949年以来干旱最严重的1967年。这说明2003年的持续极端高温事件很大程度上可能由于该地区同期的降水异常偏少、持续干旱的原因。最近国外的一些研究也指出，高温常常与干旱相伴随。

虽然在全球气候变暖的趋势下极端高温事件发生的频率会越来越多，但2003年我国江南、华南地区出现的持续高温事件不能简单地归结为全球气候变暖长期趋势的结果。

3 总结

(1) 2003年夏季，我国江南至华南的广大地区出现了创纪录的持续极端高温天气。从气候变化背景上看，江南、华南地区平均最高温度、平均温度自20世纪80年代后期以来明显趋于增暖，2003年是该地区自1961年以来平均最高气温最高的一年，1998年是平均气温最高的一年。

(2) 从江南、华南地区夏季高温日数序列和最高气温概率分布都可以看出，近40年来夏季江南、华南地区极端高温日数并没有显著的变化趋势，2003年极端高温酷热事件很可能只是年际变化的一部分，从气候变化角度来看我国南方最高温度变化并没有表现出显著的变化趋势。

(3) 2003年夏季江南、华南地区极端高温酷热事件一方面是由于该地区长期被西太平洋副高稳定控制的结果；另一方面也与该地区降水明显偏少，持续干旱有关。

致谢：感谢国家气候中心邹旭凯、龚振淞为本文撰写给予帮助和指导。